KR20130041328A - 이재 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, 냉연 강판과 알루미늄 합금판을 스폿 용접할 때에, 접합하는 냉연 강판의 판 두께 ts나 알루미늄 합금판의 판 두께 ta를 특정한 범위로 하는 동시에, 강판과 전극 사이에 더스트를 발생시키지 않고, 또한 알루미늄 합금판측을 용융시키지 않는 조건에서 미리 전통전을 행하고, 그 후 스폿 본용접을 행하고, 또한 이들 스폿 본용접과 전통전의 용접 조건이, 각 통전 조건과 각 판 두께에 의해 정해지는 관계식을 더 만족시키도록 한다.

Description

이재 접합 방법 {METHOD FOR JOINING DIFFERING MATERIALS}

본 발명은, 강판과 알루미늄 합금판의 스폿 용접에 의한 이재(異材) 접합 방법에 관한 것이다.

최근, 배기 가스 등에 의한 지구 환경 문제에 대해, 자동차 등의 수송기의 차체의 경량화에 의한 연비의 향상이 추구되고 있다. 또한, 이 경량화를 가능한 한 저해시키지 않고, 자동차의 차체 충돌시의 안전성을 높이는 것도 추구되고 있다. 이로 인해, 특히, 자동차의 차체 구조에 대해, 경량이며 에너지 흡수성도 우수한 알루미늄 합금판의 적용이 다양하게 검토되고 있다. 여기서, 본 발명에서 말하는 알루미늄 합금판이라 함은, 알루미늄 합금의 열연판, 냉연판 등의 압연판의 총칭이다. 또한, 강판이라 함은 냉연 강판을 의미하지만, 이하, 단순히 강판이라고도 한다.

예를 들어, 자동차의 후드, 펜더, 도어, 루프, 트렁크 리드 등의 패널 구조체의, 아우터 패널(외판)이나 이너 패널(내판) 등의 패널에는, Al-Mg-Si계의 AA 내지 JIS 6000계(이하, 단순히 6000계라 함)나 Al-Mg계의 AA 내지 JIS 5000계(이하, 단순히 5000계라 함) 등의 알루미늄 합금판의 사용이 검토되고 있다.

단, 알루미늄 합금의 차체에의 적용시에는, 알루미늄 합금의 특성을 살린 구조 설계가 필요하여, 하이텐 강판이나 알루미늄 합금판의 적재 적소에의 사용이 요구되고 있다. 이것을 위해서는, 강과 알루미늄 합금이 혼재된 차체 구조를 성립시킬 필요가 있어, 서로 조합하는 강과 알루미늄 합금의 접합 기술이 필수로 된다. 즉, 강판과 알루미늄 합금판을 조합하는 경우에도, 필연적으로, Fe-Al의 이재 접합(철-알루미늄의 이종 금속 부재끼리의 접합)의 필요성이 있다.

그러나, 이 Fe-Al 이재 접합을 용접에 의해 행할 때의 문제점으로서, 서로의 접합 계면에 있어서의, 고경도이며 매우 취약한 Fe와 Al의 금속간 화합물층(이하, 반응층이라고도 함)의 생성이 있다. 이로 인해, 외관상 서로 접합되어 있기는 해도, 본 화합물층의 생성이 원인으로 되어, 용접에 의한 Fe-Al 이재 접합에서는, 이재 접합체에, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는 경우가 많다.

이것을 반영하여, 종래부터, 이들 이재 접합체(이종 금속 부재끼리의 접합체)의 접합에는, 용접뿐만 아니라, 셀프 피어스 리벳이나 볼트와 같은 기계적 접합이나, 접착제를 사용한 접합이 실용화되어 있다. 그러나, 접합 작업의 번잡함이나 접합 비용 상승 등의 실용상의 문제가 있다.

따라서, 통상의 자동차의 차체의 접합에 범용되고 있는, 효율적인 스폿 용접에 의한 이재 접합이 종래부터 검토되고 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금판과 강판 사이에, 알루미늄-강 클래드재를 인서트하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 강판측에 융점이 낮은 금속을 도금하거나, 인서트하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 알루미늄 합금판과 강판 사이에 절연체 입자를 끼우는 방법이나, 부재에 미리 요철을 형성하는 방법 등도 제안되어 있다. 또한, 알루미늄 합금판의 불균일한 산화막을 제거한 후, 대기중에서 가열하여 균일한 산화막을 형성하고, 알루미늄 표면의 접촉 저항이 높아진 상태에서, 알루미늄-강의 2층의 복층 강판을 인서트재로 사용하여 스폿 용접하는 방법도 제안되어 있다.

한편, 소재인 강판측에서도, 강판의 고강도화를 위해 첨가되는 Si, Mn, Al 등의 원소에 의해, 강판 표면에 생성되는 Si, Mn, Al 등을 포함하는 산화물의 두께를 제어하여, 아연 도금 등의 표면 피복과 강판의 밀착성 및 강판끼리의 스폿 용접성이 향상되는 것도 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

그러나, 이들 종래 기술에서는, 통상의 자동차의 차체의 접합에 범용되고 있는, 효율적인 스폿 용접에 의한 접합 조건으로는 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는다. 바꾸어 말하면, 접합 강도를 얻기 위한 스폿 용접 조건이 번잡해질 수밖에 없어, 실용적이지 않다.

이에 대해, 특히, 자동차 차체용으로서 범용되는, 6000계 알루미늄 합금판 등과, 인장 강도가 450㎫ 이상인 고강도 강판(하이텐재)의, 이재 접합체의 스폿 용접을 의도한 기술도 다양하게 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 2, 3에서는, 판 두께를 3㎜ 이하로 제한한 강판과 알루미늄 합금판을, 강판을 2매 이상 겹치거나, 강판을 알루미늄 합금판 사이에 끼워 넣은 형태로 스폿 용접하는 것이 제안되어 있다. 특허문헌 4에서는, 스폿 용접부에 있어서의 너깃 면적이나 계면 반응층의 두께를 규정하여 접합 강도를 향상시키는 것이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 5, 6에서는, 용접 계면에 있어서의, 강판측과 알루미늄 합금판측의, 각 생성 화합물의 조성이나 두께, 면적 등을 각각 세밀하게 규정하여, 접합 강도를 향상시키는 것이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 7 내지 9에서는, 특정 조성의 고강도 강판에 있어서, 강판 표면에, Mn, Si의 특정 조성의 새로운 외부 산화물층이나 내부 산화물을 생성시켜, 이재 접합체의 높은 접합 강도를 겨냥하는 것이 제안되어 있다.

또한, 스폿 용접 조건의 측으로부터는, 전극 형상(특허문헌 10, 11 참조)이나 대전류 단시간 조건(특허문헌 12 참조), 용접 전류의 펄스 제어(특허문헌 13, 14 참조) 등도 다양하게 제안되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2002-294487호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-144473호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-283313호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-167801호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-289452호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-260777호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-336070호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-299138호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-299139호 공보 일본 특허 출원 공개 평11-342477호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-200678호 공보 일본 특허 제3941001호 공보 일본 특허 제4425159호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-224127호 공보

덧붙여 말하면, 이들 종래 기술에서 개시되어 있는 스폿 용접 조건 중, 냉연 강판과 알루미늄 합금판의 용접에 있어서의 용접 전류에 착안하면, 강판끼리의 스폿 용접과 비교하여 높은 용접 전류를 사용하고 있는 경우가 많다. 이것은, 알루미늄 합금끼리의 스폿 용접에서 필요로 하는(사용되는) 용접 전류가 원래 높기 때문이다. 따라서, 6000계 알루미늄 합금판 등과 고강도 강판의 이재 접합체에서는, 접합 강도를 얻기 위해, 알루미늄 합금끼리의 스폿 용접에서 사용되는 높은 용접 전류를 사용할 수밖에 없는 것이 현실이다.

단, 이와 같이 스폿 용접시의 용접 전류가 높으면, 강판-알루미늄 합금판 계면에서의 알루미늄의 더스트 발생뿐만 아니라, 강판 표면과 전극 사이에서도 더스트가 발생하는 경우가 있다.

강판-알루미늄 합금판의 스폿 용접에서는, 적합한 용접 조건에 의해 취약한 금속간 화합물의 생성을 억제하는 것, 및 그 면적을 넓게 확보함으로써 접합 강도를 확보하고 있다. 이로 인해, 강판 표면으로부터의 더스트 발생이 일어나면, 더스트 발생에 입열을 빼앗겨, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않게 된다. 또한, 용접중에 더스트(불꽃)가 비산되므로, 시공 환경도 좋지 않다.

이러한 더스트 발생은, 강판 표면과 전극 사이의 접촉 저항에 의한 발열이 원인이다. 이로 인해, 이것을 억제하는 방법으로서, 다음의 3가지의 방법이 생각되지만, 각각 기재하는 문제가 있다.

(1) 용접 전류를 낮춘다 :

상기 높은 용접 전류 조건(적합 용접 조건)을 벗어나, 접합 강도가 얻어지지 않을 가능성이 커진다.

(2) 가압력을 높인다 :

강판-알루미늄 합금판의 계면으로부터의 알루미늄의 더스트 발생이 증대된다.

(3) 전극의 선단 R을 작게 하여, 접촉 면적을 억제한다(접촉 면압이 높아져 접촉 저항이 낮아진다):

너깃 직경이 작아지므로, 스폿 타점의 1점당 강도가 저하된다.

만일, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제하고, 또한 용접 전류도 가능한 한 작게 할 수 있으면, 전극 수명이 연장되는 것이 기대되고, 생산성 향상에도 기여하는 것이 기대된다. 그러나, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제하고, 또한 용접 전류도 가능한 한 작게 할 수 있는 데 유효한 스폿 용접 방법의 제안은, 상기한 바와 같이, 지금까지 그다지 없었던 것이 현실이다.

본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 스폿 용접 조건을 개선하여, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제하는 동시에, 용접 전류도 가능한 한 작게 할 수 있고, 높은 접합 강도를 갖는 이재 접합부가 얻어지는 스폿 용접 방법을 제공하는 것에 있다.

이 목적을 달성하기 위한 본 발명의 요지는, 냉연 강판과 알루미늄 합금판을 스폿 용접에 의해 이재 접합하는 방법이며, 접합하는 냉연 강판의 판 두께 ts를 0.3 내지 3.0㎜, 접합하는 알루미늄 합금판의 판 두께 ta를 0.3 내지 4.0㎜로 한 후, 전극간 가압력:2.5 내지 4.5kN, 전극간 전류 Iw:14 내지 26kA, 통전 시간 Tw:강판 판 두께(ts) 1㎜당 200msec 이하의 각 조건에서, 스폿 용접을 행하여 너깃을 형성하기 전에, 서로의 판에 접촉시킨 전극에 대해, 전극간 가압력:2.5 내지 4.5kN, 전극간 전류 Ib:6 내지 12kA, 통전 시간 Tb:강판 판 두께(ts) 1㎜당 200msec 이하의, 강판과 전극 사이에서 더스트를 발생시키지 않고, 또한 알루미늄 합금판측을 용융시키지 않는 조건에서, 미리 전(前)통전을 행하고, 그 후 1초 이내에 상기 스폿 용접을 행할 때, 이들 스폿 용접과 전통전의 조건이, 상기 각 통전 조건과 상기 각 판 두께에 의해 정해지는 하기 관계식을 더 만족시키는 것을 특징으로 하는 이재 접합 방법.

관계식 : 20≤(Ib²×Tb＋Iw²×Tw)×ts/ta≤55(kA²ㆍsec)

본 발명자들은, 강판-알루미늄 합금판의 스폿 용접시의, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제하는 방법에 대해 검토하였다. 이 결과, 스폿 용접의 본용접 전에, 이 본용접을 위해 세트한 전극에 의해, 미리 비교적 낮은 전류를 강판에 통전하는 「전통전」을 행하는 것이, 더스트 발생의 억제에 유효한 것을 발견하였다.

이 전통전에 의해, 강판의 온도를 높여 변형 저항을 저감시킨 후, 전극의 가압력에 의해, 강판의 전극과의 접촉부의 요철을 작게 할 수 있어, 강판과 전극의 접촉 상태가 개선된다. 그리고, 이것에 의해, 강판과 전극의 접촉 면적을 실질적으로 증대시켜, 강판 표면과 전극 사이의 접촉 저항을 억제하여, 강판-전극 사이의 발열을 저감할 수 있어, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 전통전을 이용하면, 상기한 강판 표면-전극간의 더스트 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 강판을 예열할 수 있으므로, 스폿 본용접의 쪽의 전류를 작게 하는 효과도 기대할 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 높은 접합 강도의 이재 접합부(용접 조인트)가 얻어지는 동시에, 스폿 본용접 상태(용접 효율)를 향상시킬 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

전통전:

본 발명에서는, 스폿 본용접 전에, 강판과 전극 사이에서 더스트를 발생시키지 않고, 또한 알루미늄 합금판측을 용융시키지 않는 조건에서, 미리 전통전을 행한다. 이 전통전 조건은, 서로의 판에 접촉시킨 전극에 대해, 전극간 가압력:2.5 내지 4.5kN, 전극간 전류 Ib:6 내지 12kA, 통전 시간 Tb:강판 판 두께(ts) 1㎜당 200msec 이하의 조건으로 한다.

강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제하기 위해서는, 전극과 강판의 접촉 저항을 작게 하는 것이 효과적이다. 이 접촉 저항을 결정하는 인자는, 가압력, 표면 성상, 접촉 면적이다. 전극에 의해, 강판에 대해 가압을 행하면, 전극과 강판 사이에 마이크로적인 접촉부와 비접촉부가 존재하여, 실질적으로 접촉한 부분에만 전류가 흘러, 발열이 발생한다.

이 실질적인 접촉 면적을 크게 할 수 있으면, 접촉 저항이 상대적으로 작아져, 발열을 억제할 수 있어, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제할 수 있다. 이와 반대로, 비접촉부가 커지면, 접촉 저항이 상대적으로 커져, 발열이 증대되어, 강판 표면으로부터의 더스트 발생량이 많아진다. 전극의 가압력을 크게 하면 강판 표면으로부터의 더스트 발생이 억제되는 것은, 이 메커니즘에 의한다.

단, 전극의 가압력을 크게 하면, 그때는 강판-알루미늄판의 계면으로부터의 더스트 발생이 커지는 등의 단점이 있으므로, 이 가압력을 크게 하는 것은 한계가 있다. 또한, 강판 표면과 전극의 표면을 평활하게 하여, 접촉 면적을 크게 하는 방법도 생각되지만, 압연 강판을 사용하는 한, 표면 거칠기를 일정 이상으로 좋게 하는 것은 곤란하다. 또한, 전극은 형상 불량이나 금속의 융착이 발생하면 드레싱을 행하는데, 효율적인 드레싱을 행하기 위해서는, 드레싱시의 마무리 거칠기를 필요 이상으로 작게 하는 것은 좋은 대책이 아니다.

이에 대해, 상기한 바와 같이, 전통전에 의하면, 강판이 예열되고, 강판 온도가 높아져, 변형 저항이 저감된다. 이로 인해, 전극의 가압에 의해, 강판의 전극과의 접촉부의 요철을 작게 할 수 있어, 강판과 전극의 접촉 상태가 개선된다. 따라서, 상기한 강판과 전극의 실질적인 접촉 면적을 크게 할 수 있어, 강판 표면과 전극간의 접촉 저항을 작게 할 수 있고, 강판-전극간의 발열량을 저감할 수 있어, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 전통전에 의한 강판의 예열에 의해, 스폿 본용접의 쪽의 전류를 작게 하는 효과도 있다.

또한, 이 전통전시에 강판-알루미늄판 사이에서도 발열이 발생한다. 단, 이 발열에 의해 알루미늄이 용융되어 버리면, 스폿의 본용접시에는, 강판-알루미늄판 사이의 접촉 저항에 의한 발열을 기대할 수 없어, 강판이 갖는 전기 저항만으로 발열하므로, 온도가 높아지지 않아 효율이 나빠진다. 또한, 용융된 알루미늄과 강판의 접촉 시간이 길어지므로, 취약한 금속간 화합물 상(相)의 형성이 촉진되기 쉬워진다. 나아가서는, 전극의 가압력에 의해 알루미늄판의 더스트 발생이 커진다.

전통전에 있어서의 전극간 전류 Ib:

이로 인해, 전통전에 의해 알루미늄이 용융되지 않기 위한 전류 범위(상한)가 있고, 전통전에 있어서의 전극간 전류 Ib는 12kA 이하로 한다. 한편, 전통전시의 전류가 지나치게 작으면, 강판을 효과적으로 가열할 수 없으므로, 변형 저항이 저감되지 않아, 강판과 전극의 접촉 상태를 개선할 수 없다. 또한, 일반적인 스폿 용접기의 전류 제어 범위도 고려하여, 전통전의 전극간 전류 Ib는 6kA 이상으로 한다. 따라서, 전통전의 전극간 전류 Ib의 범위는 6 내지 12kA로 한다.

전통전의 통전 시간 Tb:

전통전의 시간은, 강판 표면-전극간의 더스트 발생에는 큰 영향을 미치지 않아, 통전은 순간적이어도 되며, 통전 시간의 하한은 설정하지 않는다. 단, 통전 시간이 길면, 강판/알루미늄을 지나치게 예열해 버려, 취약한 금속간 화합물 상을 필요 이상으로 두껍게 형성해 버릴 가능성이 있고, 또한 용접 시간이 길어져, 효율이 나빠진다. 따라서, 통전 시간 Tb는, 강판 판 두께 ts와의 관계에서, 강판 판 두께(ts) 1㎜당 200msec 이하의 조건으로 한다.

전통전의 전극간 가압력:

전통전의 전극간 가압력은, 스폿의 본용접시와 동일하게 2.5 내지 4.5kN의 범위로 한다. 이 전극간 가압력이 지나치게 작으면, 전통전에 의해서도, 강판의 전극과의 접촉부의 요철을 작게 할 수 없어, 강판과 전극의 접촉 상태를 개선할 수 없다. 따라서, 상기한 강판과 전극의 실질적인 접촉 면적을 크게 할 수 없어, 강판 표면과 전극 사이의 접촉 저항을 작게 할 수 없고, 강판-전극간의 발열량을 저감할 수 없어, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제할 수 없다. 한편, 전극간 가압력이 지나치게 높으면, 용접시의 강판-알루미늄판의 계면으로부터의 더스트 발생이 커지므로 적절하지 않다. 또한, 일반적인 스폿 용접기의 가압력의 범위(가압 능력)를 고려할 필요도 있다.

스폿 용접 조건:

스폿 본용접은, 이 전통전 후에 시간적인 지체 없이(연속해서) 행한다. 또한, 전통전과 스폿 본용접의 간격이 발생하였다고 해도, 그 시간은 1초간 이하로 한다. 전통전과 스폿 본용접의 간격이 발생하면, 강판이 냉각되어, 강판을 예열하는 전통전의 효과가 손상된다. 또한, 용접 시간이 지나치게 길어져, 효율적이지 않다.

본 발명에 있어서의, 너깃 형성을 위한 스폿 본용접(본통전) 조건은, 냉연 강판과 알루미늄 합금판의 박판의, 이재 접합 조인트의 높은 접합 강도를 얻기 위해 설정한다. 즉, 스폿 본용접에 있어서, 야금적 접합에 필요 최소한의 두께의 Fe와 Al의 반응층을 접합부에 적절하게 형성시켜, 높은 접합 강도를 얻기 위해 설정된 것이다.

이로 인한, 스폿 용접의 용접 개소마다의 필요한 조건으로서는, 우선, 접합하는 냉연 강판의 판 두께 ts를 0.3 내지 3.0㎜, 접합하는 알루미늄 합금판의 판 두께 ta를 0.3 내지 4.0㎜로 한다. 이들 판 두께가 각각 지나치게 두껍거나, 지나치게 얇은 경우에는, 규정하는 스폿 용접 조건이 맞지 않게 되고, 또한 스폿 용접의 적용 자체도 곤란하여 적합하지 않게 된다.

이 판 두께 범위를 전제로, 스폿 용접의 전극간 가압력:2.5 내지 4.5kN, 전극간 전류 Iw:14 내지 26kA, 통전 시간 Tw:강판 판 두께(ts) 1㎜당 200msec 이하의 각 조건에서, 스폿 용접을 행하여 너깃을 형성한다. 이들 조건을 벗어난 경우, 상기 전통전과의 관계에서도, 스폿 용접이 부적절하여, 높은 접합 강도가 얻어지지 않는다. 덧붙여 말하면, 상기 판 두께 조건은, 자명하기는 하지만, 전통전의 판 두께 조건이기도 하다.

덧붙여 말하면, 본 발명 조건의 스폿 용접에는, 상기 전통전도 포함하여, 동일한 범용의 스폿 용접 장치를 사용할 수 있어, 상기 전통전에서, 용접 장치를 교환하거나, 혹은 다른 용접 장치를 조합할 필요는 없다. 또한, 상기 전통전과 스폿 본용접은, 동일한 전극 위치에서 실시한다. 또한, 플럭스의 사용은 불필요하지만, 필요에 따라 사용해도 된다.

여기서, 상기 야금적 접합에 필요 또한 최소한의 Fe와 Al의 반응층의 두께의 목표는, 접합 계면에 있어서의 반응층의 너깃 깊이 방향(강판의 판 두께 방향)의 평균 두께로서, 바람직하게는 0.1 내지 20㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 20㎛의 범위로 제어한다. 또한, 이후의 설명에서는, 이러한 두께의 반응층을 「최적 두께 반응층」이라 한다. 강판과 알루미늄 합금판의 용접 접합 계면에서는, 반응층으로서, 강판측에는 층상의 Al-Fe계 화합물층, 알루미늄 합금판측에는 입상 또는 침상의 Al-Fe계 화합물과 Al-Fe-Si-Mn계 화합물이 혼재된 층을 각각 갖는다. 이들 취약한 반응층의 너깃 깊이 방향의 평균 두께가 지나치게 두꺼우면 접합 강도는 현저하게 저하된다. 한편, 반응층의 너깃 깊이 방향의 평균 두께가 지나치게 얇으면, 야금적 접합이 불충분해져, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는다. 따라서, Fe와 Al의 반응층의 두께는, 상기한 평균 두께의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기한 전극간 가압력, 전극간 전류, 통전 시간 등의 스폿 용접 조건을 벗어난 경우, 스폿 용접이 부적절하여, 이들의 야금적 접합에 필요 최소한의 두께의 Fe와 Al의 반응층을 접합부에 적절하게 형성시킬 수 없어, 높은 접합 강도가 얻어지지 않는다.

예를 들어, 상기 전극간 가압력이 지나치게 낮으면, 강판과 알루미늄 합금판의 접촉점이 적기 때문에, 스폿 용접시의 계면 반응이 불균일해져, 상기 최적 두께 반응층이 얻어지지 않는다. 한편, 상기 전극간 가압력이 지나치게 높으면, 스폿 용접시에 용해부가 너깃으로부터 비산되므로, 접합 강도가 부족하다.

상기 용접 전류가 지나치게 낮거나, 용접 시간이 지나치게 짧아도, 스폿 용접시의 계면 반응이 부족하여, 너깃이 충분히 형성되었다고 해도, 상기 최적 두께 반응층으로는 할 수 없으므로 역시 접합 강도가 부족하다.

한편, 상기 용접 전류가 지나치게 높거나, 지나치게 긴 대전류, 장시간의 스폿 용접에서는, 계면 반응이 지나치게 진행되어, 오히려 상기 최적 두께 반응층으로는 할 수 없으므로 접합 강도가 부족하다.

스폿 용접과 전통전의 관계:

본 발명에서는, 전통전에 의해 접합부가 미리 가열되므로, 스폿의 본용접 조건의 선정은, 이 전통전 조건을 고려하여 결정할 필요가 있다. 용접 조건의 선정에는, 용접시의 입열을 고려하는 것이 일반적이지만, 스폿 용접에서는 용접시의 전압이 변동되므로, 입열을 정확하게 파악하는 것은 곤란하다. 또한, 강과 알루미늄에서는 비저항 및 열전도가 다르므로, 실질적으로 용접에 기여하는 입열을 고려할 필요가 있다.

재료 및 가압력이 일정한 경우, 스폿 본용접시의 입열은, (용접 전류)²×통전 시간에 비례하는 것이 알려져 있다. 또한, 스폿 본용접의, 우선 초기에는 접촉 저항에 의해 발열하고, 다음에 재료의 전기 저항에 의해 발열하는 것도 알려져 있다. 단, 알루미늄의 비저항은 강의 1/5 이하이고, 알루미늄의 열전도율은 강의 5배 정도이므로, 이들의 이재 접합의 경우, 알루미늄은 저항 발열에 거의 기여하지 않고, 오히려 강에 발생한 열을 열전도에 의해 빼앗는 작용이 있다.

따라서, 스폿 본용접시의 용접 조건의 설정시에는, 발열에 기여하는 강의 판 두께와, 발열을 빼앗는 알루미늄의 판 두께를 고려해야 한다. 따라서, I²×T×ts/ta(I:용접 전류, T:통전 시간, ts:강판 두께, ta:알루미늄 판 두께)에 의한 입열의 고려를 행한 바, 전통전＋스폿 본용접을 합친 최적 조건으로서, 이하의 관계식이 성립하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.

스폿 용접과 전통전의 관계식:

이 관계식은, 20≤(Ib²×Tb＋Iw²×Tw)×ts/ta≤55(kA²ㆍsec)이다.

단, 여기서, Ib:전통전 전류, Tb:전통전 통전 시간, Iw:스폿 용접 전류, Tw:스폿 용접 통전 시간, ts:강판 판 두께, ta:알루미늄 합금판의 판 두께이다.

따라서, 본 발명에서는, 높은 접합 강도와 용접 효율을 달성하기 위해, 상기한, 스폿 본용접과 전통전의 각각의 개별의 조건뿐만 아니라, 서로의 각 통전 조건이, 상기 각 판 두께와의 관계에서, 상기 관계식을 더 만족시키도록 한다. 바꾸어 말하면, 스폿 본용접과 전통전의 각각의 개별의 조건을 만족시켜도, 서로의 각 통전 조건이 상기 관계식을 더 만족시키도록 하지 않으면, 높은 접합 강도와 용접 효율을 달성할 수 없다.

본 발명에 따르면, 용접 소재인 강판측이나 알루미늄 합금판측을 미리 개선하는 일 없이, 스폿 용접측의 전통전의 부가(채용)에만 의한 최소의 개선에 의해, 더스트 발생을 방지하여, 높은 접합 강도를 갖는 이재 접합부를 얻을 수 있다. 따라서, 강판이나 알루미늄 합금판측의 성질(특성)에의 영향이 없고, 강판이나 알루미늄 합금판의 제조 비용을 상승시키지 않고, 스폿 용접에 의한 높은 접합 강도를 갖는 이재 접합부를 얻을 수 있다.

강판의 화학 성분 조성:

본 발명이 접합의 대상으로 하는 냉연 강판의 성분 조성에 대해 이하에 설명한다. 본 발명에서는, 바람직하게는 Si, Mn 등을 포함하는 인장 강도가 450㎫ 이상인 고강도 강판(하이텐)을 주된 대상으로 한다.

이로 인해, 냉연 강판의 성분 조성에 대해서는, 바람직하게는, Si, Mn 등을 소정량 포함하는 것을 전제로, 질량％로, C:0.01 내지 0.30％, Si:0.1 내지 3.00％, Mn:0.1 내지 3.00％를 각각 함유하고, 바람직하게는 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 한다. 또한, 이것에 더하여, Al:0.002 내지 0.1％를 더 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 해도 된다. 또한, 이 Al에 더하여, 혹은 Al 대신에, Nb:0.005 내지 0.10％, Ti:0.005 내지 0.10％, Zr:0.005 내지 0.10％, Cr:0.05 내지 3.00％, Mo:0.01 내지 3.00％, Cu:0.01 내지 3.00％, Ni:0.01 내지 3.00％ 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 해도 된다.

여기서, 강판의 불순물로서의 P, S, N 등은, 강판의 인성이나 연성, 혹은 접합 강도 등의 여러 특성을 저하시키므로, P:0.10％ 이하(0％를 포함함), S:0.05％ 이하(0％를 포함함), N:300ppm 이하(0％를 포함함)로 각각 규제한다. 또한, 본 발명에 있어서의 화학 성분의 단위(각 원소의 함유량)는, 알루미늄 합금을 포함하여, 모두 질량％이다. 강판의 각 성분 원소의 한정 이유는 이하와 같다.

C:

C는 강도 상승에 필요한 원소이지만, 함유량이 0.01％ 미만에서는 강판의 강도 확보를 할 수 없고, 또한 0.30％를 초과하면 냉간 가공성이 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.01 내지 0.30％의 범위로 한다.

Si:

Si는, 강판의 연성을 떨어뜨리지 않고, 필요한 강도 확보가 가능한 원소로서도 중요하고, 그것을 위해서는 0.1％ 이상의 함유량이 필요하다. 한편, 3.00％를 초과하여 함유하면 연성이 떨어진다. 따라서, Si 함유량은, 이 이유로부터도 0.1 내지 3.00％의 범위로 한다.

Mn:

Mn도, 강판의 강도와 인성을 확보하기 위한 원소로서도 필요 불가결하고, 함유량이 0.1％ 미만에서는 그 효과는 얻어지지 않는다. 한편, 함유량이 3.00％를 초과하면 현저하게 강도가 상승하여 냉간 가공이 곤란해진다. 따라서, Mn 함유량은, 이 이유로부터도 0.1 내지 3.00％의 범위로 한다.

Al:

Al은, 용강의 탈산 원소로서, 고용(固溶) 산소를 포착하는 동시에, 블로우 홀의 발생을 방지하여, 강의 인성 향상을 위해서도 유효한 원소이다. Al 함유량이 0.002％ 미만에서는 이들의 충분한 효과가 얻어지지 않고, 한편 0.1％를 초과하면, 반대로 용접성을 떨어뜨리거나, 알루미나계 개재물의 증가에 의해 강의 인성을 떨어뜨린다. 따라서, Al 함유량은 0.002 내지 0.1％의 범위로 한다.

Nb, Ti, Zr, Cr, Mo, Cu, Ni 중 1종 또는 2종 이상:

Nb, Ti, Zr, Cr, Mo, Cu, Ni 중 1종 또는 2종 이상의 함유는, 공통적으로 강의 고강도화나 고인성화에 기여한다. 이 중, Ti, Nb, Zr은, 강 중에서 탄질화물로서 석출되어 강도를 높이고, 강의 마이크로 조직을 미세화하여 강도, 인성 등을 향상시킨다. 단, 다량으로 함유시키면, 인성을 대폭 떨어뜨린다. 따라서, 이들을 선택적으로 함유시키는 경우는, Nb:0.005 내지 0.10％, Ti:0.005 내지 0.10％, Zr:0.005 내지 0.10％의 각 범위로 한다.

또한, 이 중, Cr, Mo, Cu, Ni는 강의 켄칭성을 향상시켜, 강도를 향상시킨다. 단, 다량으로 함유시키면, 강의 인성을 대폭 떨어뜨린다. 따라서, 함유시키는 경우는, Cr:0.05 내지 3.00％, Mo:0.01 내지 3.00％, Cu:0.01 내지 3.00％, Ni:0.01 내지 3.00％의 범위로 한다.

강판의 강도:

본 발명에 있어서는, 자동차 부재 등의 용도로부터, 인장 강도가 450㎫ 이상인 고강도 강판(하이텐)을 주된 대상으로 한다. 이것보다 저강도강에서는, 일반적으로 저합금강이 많고, 산화 피막이 거의 철 산화물이므로, Fe와 Al의 확산이 용이해져, 취약한 반응층이 형성되기 쉽다. 또한, 강판의 강도가 부족하므로, 스폿 용접시의 전극 팁에 의한 가압에 의해, 강판의 변형이 커져, 산화 피막이 용이하게 파괴되기 때문에, 알루미늄과의 반응이 매우 촉진되어, 취약한 금속간 화합물이 형성되기 쉬워진다.

알루미늄 합금판:

본 발명에서 접합의 대상으로 하는 알루미늄 합금판은, Al-Mg-Si계의 AA 내지 JIS 규격에 있어서의 6000계 알루미늄 합금판으로 한다. 이 합금재는, 자동차 차체의 각 부 용도에 따라서, 형상을 특별히 한정하는 것은 아니며, 상기한, 범용되고 있는 판재, 형재, 단조재, 주조재 등이 적절하게 선택된다. 단, 알루미늄 합금판의 강도에 대해서도, 상기 강판의 경우와 마찬가지로, 스폿 용접시의 가압에 의한 변형을 억제하기 위해 높은 쪽이 바람직하다.

자동차 차체 패널용 등으로서는, 우수한 프레스 성형성이나 BH성(베이크 하드성), 강도, 용접성, 내식성 등의 여러 특성이 요구된다. 이러한 요구를 만족시키기 위해, 6000계 알루미늄 합금판으로서의 조성은, 질량％로, Mg:0.1 내지 1.2％, Si:0.1 내지 1.5％, Cu:0.001 내지 1.0％, Fe:0.01 내지 0.4, Mn:0.01 내지 1.0을 각각 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 6000계 알루미늄 합금으로 하는 것이 바람직하다. 또한, BH성을 보다 우수하게 하기 위해서는, Si와 Mg의 질량비 Si/Mg가 1 이상인 과잉 Si형의 6000계 알루미늄 합금판으로 되는 것이 바람직하다.

상기한 각 바람직한 조성에 더하여, Cr:0.001 내지 0.2％, Zr:0.001 내지 0.2％ 중 1종 또는 2종을 합계량으로 0.30％ 이하, 혹은 Zn:0.001 내지 0.25％, Ti:0.001 내지 0.10％ 중 1종 또는 2종을 선택적으로 더 포함시켜도 된다. Li를 0.01 내지 0.5％의 범위에서 함유시켜도 된다.

이 이외의 그밖의 원소는, 기본적으로는 불순물이며, AA 내지 JIS 규격 등을 따른 각 불순물 레벨의 함유량(허용량)으로 한다. 그러나, 리사이클의 관점에서, 용해재로서, 고순도 Al 지금(地金)뿐만 아니라, 6000계 합금이나 그 밖의 알루미늄 합금 스크랩재, 저순도 Al 지금 등을 용해 원료로서 다량으로 사용한 경우에는, 불순물 원소가 혼입될 가능성이 높다. 그리고, 이들 불순물 원소를, 예를 들어 검출 한계 이하로 저감하는 것 자체가 비용 상승으로 되어, 어느 정도의 함유의 허용이 필요해진다. 따라서, 그 밖의 원소는, 각각 AA 내지 JIS 규격 등에 따른 허용량의 범위에서의 함유를 허용한다.

상기 6000계 알루미늄 합금에 있어서의, 각 원소의 함유 의의는 이하와 같다.

Si : Si는 Mg와 함께, 고용 강화와, 도장 베이킹 처리 등의 상기 저온에서의 인공 시효 처리시에, 강도 향상에 기여하는 시효 석출물을 형성하여, 시효 경화능을 발휘하고, 예를 들어 180㎫ 이상의 필요 강도(내력)를 얻기 위한 필수 원소이다. 함유량이 부족하면 이러한 효과가 얻어지지 않고, 함유량이 지나치게 많으면 프레스 성형성이나 굽힘 가공성 등의 성형성이 현저하게 저하되고, 또한 용접성도 크게 저해된다.

Mg : Mg도, 고용 강화와, 도장 베이킹 처리 등의 상기 인공 시효 처리시에, Si와 함께 강도 향상에 기여하는 시효 석출물을 형성하여, 시효 경화능을 발휘하고, 패널로서 상기 필요 내력을 얻기 위한 필수 원소이다. 함유량이 부족하면 이러한 효과가 얻어지지 않고, 함유량이 지나치게 많으면 프레스 성형성이나 굽힘 가공성 등의 성형성이 현저하게 저하된다.

Cu : Cu는, 비교적 저온 단시간의 인공 시효 처리의 조건에서, 알루미늄 합금판 조직의 결정립 내에의 강도 향상에 기여하는 시효 석출물의 형성을 촉진시키는 효과가 있다. 또한, 고용된 Cu는 성형성을 향상시키는 효과도 있다. 함유량이 부족하면 이러한 효과가 얻어지지 않고, 함유량이 지나치게 많으면 내식성이나 용접성을 현저하게 떨어뜨린다.

Fe : Fe는, Mn, Cr, Zr 등과 동일한 작용을 하여, 분산 입자(분산상)를 생성하고, 재결정 후의 입계 이동을 방해하여, 결정립의 조대화를 방지하는 동시에, 결정립을 미세화시키는 효과가 있다. 함유량이 부족하면 이러한 효과가 얻어지지 않고, 함유량이 지나치게 많으면 조대한 정출물을 생성하기 쉬워져, 파괴 인성 및 피로 특성 등을 떨어뜨린다.

Mn : Mn은, 균열화 열처리시에 분산 입자(분산상)를 생성하고, 재결정 후의 입계 이동을 방해하는 효과가 있으므로, 미세한 결정립을 얻을 수 있는 효과가 있다. 프레스 성형성이나 헴(hem) 가공성은 알루미늄 합금 조직의 결정립이 미세할수록 향상된다. 함유량이 부족하면 이러한 효과가 얻어지지 않고, 함유량이 지나치게 많으면 기계적 성질을 저하시킨다. 또한, 굽힘 가공성 등의 성형성이 저하된다.

Zn : Zn은 고용 강화에 의해 강도의 향상에 기여하는 것 외에, 시효 처리시에, 최종 제품의 시효 경화를 현저하게 촉진시키는 효과도 갖는다. 함유량이 부족하면 이러한 효과가 얻어지지 않고, 함유량이 지나치게 많으면 응력 부식 균열이나 입계 부식의 감수성(感受性)을 현저하게 높여, 내식성이나 내구성을 저하시킨다.

Ti : Ti는, 주괴의 결정립을 미세화하여, 압출재 조직을 미세한 결정립으로 하는 효과가 있다. 함유량이 부족하면 이러한 효과가 얻어지지 않고, 함유량이 지나치게 많으면, 조대한 정석출물(晶析出物)을 형성하여, 보강재로서의 상기 굽힘 압괴성이나 내식성 등의 요구 특성이나, 압출재의 굽힘 가공성 등을 저하시키는 원인이 된다.

Cr, Zr : Cr, Zr의 전이 원소는, Mn과 마찬가지로, Al-Cr계, Al-Zr계 등의 금속간 화합물로 이루어지는 분산 입자(분산상)를 생성하여, 결정립의 조대화를 방지하기 위해 유효하다. 함유량이 부족하면 이러한 효과가 얻어지지 않고, 함유량이 지나치게 많으면 조대한 정석출물을 형성하고, 함유량이 지나치게 많으면, 보강재로서의 상기 굽힘 압괴성이나 내식성 등의 요구 특성이나, 기계적 성질을 저하시킨다. 또한, 굽힘 가공성 등의 성형성이 저하된다.

(강판이나 알루미늄 합금판의 두께)

강판이나 알루미늄 합금판의 용접되는 부분의 두께(판 두께)는, 상기 스폿 용접으로부터의 설계뿐만 아니라, 자동차 부재 등의 적용 부재의 필요 강도나 강성 등의 설계 조건으로부터도 선택 내지 결정된다.

자동차 부재 등을 상정하면, 실용적으로는 냉연 강판의 (용접되는 부분의) 두께 t는 0.3 내지 3.0㎜로부터 선택된다. 강판의 두께가 지나치게 얇은 경우, 자동차 부재로서의 필요한 강도나 강성을 확보할 수 없어 부적정하다. 또한, 그것에 더하여, 예를 들어 스폿 용접에 의한 경우에는, 그 전극 팁에 의한 가압에 의해, 강판의 변형이 커, 산화 피막이 용이하게 파괴되므로, 알루미늄과의 반응이 촉진된다. 그 결과, 취약한 금속간 화합물이 형성되기 쉬워진다. 한편, 강판의 두께가 지나치게 두꺼운 경우, 스폿 용접 접합 자체가 어려워진다.

알루미늄 합금판의 (용접되는 부분의) 두께 t는, 마찬가지로 자동차 부재 등을 상정하면, 0.3 내지 4.0㎜의 범위로부터 선택된다. 알루미늄 합금판의 두께가 지나치게 얇은 경우, 자동차 부재로서의 강도가 부족하여 부적절한 것에 더하여, 너깃 직경이 얻어지지 않고, 알루미늄 합금판 양 표면까지 용융이 도달하기 쉬워 더스트가 발생하기 쉽기 때문에, 높은 접합 강도가 얻어지지 않을 가능성이 있다. 한편, 알루미늄 합금판의 두께가 지나치게 두꺼운 경우, 상기한 강판의 판 두께의 경우와 마찬가지로, 용접 접합 자체가 어려워진다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 기재한다.

전통전 시험:

우선, 상기한 전통전의, 강판으로부터의 더스트 발생과 강판-알루미늄판 사이에서의 알루미늄의 용융이 없는, 특히, 통전 전류의 유효 범위에 대해 검증하였다. 이 결과를 표 3에 나타낸다.

용접 시험은, 표 1에 나타내는 성분 조성의, 판 두께 ts가 1.4㎜인 980㎫급 하이텐 냉연 강판과, 표 2에 나타내는 각 성분 조성의, 판 두께 ta가 1.2㎜이고 0.2％ 내력이 250㎫인 6000계 알루미늄 합금 냉연판을 겹쳤다. 그리고, 표 3에 나타내는 용접 조건에서, 전통전을 모의하여, 플럭스를 사용하지 않는 1단 통전의 스폿 용접을 행하여, 강판으로부터의 더스트 발생과 강판-알루미늄판 사이에서의 알루미늄의 용융 유무에 대해 확인하였다. 전극은 Cu-Cr 합금으로 이루어지는 R 타입의 돔형의 전극을 사용하고, 정극을 알루미늄 합금판, 부극을 강판으로 하였다.

표 3으로부터, 전통전의 전극간 전류에 대해, 전극간 가압력:2.5 내지 4.5kN, 통전 시간 Tb:강판 판 두께(ts) 1㎜당 200msec 이하를 전제로, 전극간 전류 Ib는 12kA 이하가 유효한 범위인 것을 알 수 있다. 즉, 전극간 전류 Ib가 규정하는 상한값인 12kA에서는, 어느 가압력에서도(가압력에 상관없이), 강판과 전극 사이에서 더스트를 발생시키지 않고, 또한 알루미늄 합금판측을 용융시키고 있지 않다. 그러나, 이것보다도 전극간 전류 Ib가 14 내지 18kA 등으로 커지면, 가압력에 의해, 강판과 전극 사이에서의 더스트가 발생하거나, 알루미늄 합금판측이 용융되어 있다. 예를 들어, 가압력 4.5kN 등으로 크게 하여 더스트 발생을 억제한 경우라도, 16kA에서는 강판-알루미늄판 계면에서의 알루미늄판의 용융이 확인된다. 강판의 종류나 표면 성상에 따라 차이는 있다고 생각되지만, 이들을 억제하는 효과의 재현성이나 확실성이 손상되어 있다. 따라서, 전통전의 전극간 전류 Ib의 상한을 12kA로 규정하는 의의가 뒷받침된다.

한편, 표 3으로부터, 전통전시의 전류 Ib가 8kA까지는, 어느 가압력에서도(가압력에 상관없이), 강판과 전극 사이에서 더스트를 발생시키지 않고, 또한 알루미늄 합금판측을 용융시키고 있지 않다. 상기한 바와 같이, 전통전시의 전류 Ib가 지나치게 작으면, 강판을 효과적으로 가열할 수 없으므로, 변형 저항이 저감되지 않아, 강판과 전극의 접촉 상태를 개선할 수 없다. 따라서, 이 전통전시의 전류 Ib 8kA의 데이터로부터, 일반적인 스폿 용접기의 전류 제어 범위도 고려하여, 전통전의 전극간 전류 Ib의 하한은 6kA로 규정하지만, 이 의의가 뒷받침된다.

스폿 용접 시험:

전통전과 본용접의 조건을 다양하게 변경하여, 스폿 용접을 행하고, 강판-전극간의 더스트 발생, 전극의 소모 및 접합 강도에 대해 확인하였다. 이 결과를 표 4에 나타낸다.

강판과 알루미늄 합금판은 전통전에 사용한 것과 동일하고, 표 1, 표 2의 성분 조성과, 동일한 강도 레벨인 것을 사용하여, 서로의 판 두께를 다양하게 변화시켰다. 이들을 JIS A3137에 기재된 십자 인장 시험편 형상으로 가공하여 겹치고, 플럭스를 사용하지 않고, 동일한 용접기를 사용하여, 전통전, 스폿 용접하여, 너깃을 형성하여 이재 접합하고, 용접 조인트(이재 접합 조인트)를 제작하였다.

여기서 각 예의 공통되는 용접 조건을 이하에 기재한다. 강판과 알루미늄 합금판은, 모두 상기 십자 인장 시험편 형상(50㎜ 폭×150㎜ 길이의 크기)으로 가공하고, 서로 겹친 후, 겹친 중앙부에 전극을 세트하여 가압하고, 전통전한 후, 그대로의 상태에서, 시간적인 지체 없이(연속해서) 스폿 본용접을 행하였다. 이들 전통전과 스폿 용접에는, 동일한 단층 정류식 저항 스폿 용접기(용량 90KVA)를 사용하여, 표 4에 나타내는 가압력, 용접 전류, 용접 시간의 조건으로, 각 5점의 전통전 및 스폿 용접을 행하였다. 전극도, 전통전과 스폿 용접 모두, 동일한 Cu-Cr 합금으로 이루어지는 전극 선단이 곡률 반경 R을 갖는 돔형의 전극을 사용하여, 정극을 알루미늄 합금판, 부극을 강판으로 하였다.

더스트 발생 혹은 전극의 소모 평가:

강판-전극간의 더스트 발생 혹은 전극의 소모 평가는, 각각 육안 확인으로 행하였다. 상기 스폿 용접의 5점 모두 각각 강판-전극간의 더스트가 발생하지 않은 예를 ○, 1, 2점에 더스트가 발생하였지만 용접 조건의 변경에 의해 개선할 수 있는 것을 △, 거의 모든 예에서 격렬하게 더스트가 발생하고, 용접 조건의 변경에 의해서는 개선할 수 있을 것 같지 않은 것을 ×로 평가하였다. 또한, 전극의 소모만큼은, 2배인 10점, 전통전과 스폿 용접을 행하여, 스폿 용접 후에 전극의 소모가 발생하고 있지 않은 것을 ○, 소모의 시작인 「스커핑」이 발생되어 있는 것을 △, 명백하게 소모가 발생되어 있는 것을 ×로 평가하였다.

박리 강도(접합 강도):

이들 제작한 각 이재 접합 조인트를 인장 시험기에 의해 십자 인장 시험하여, 박리 강도(최대 하중)를 구하였다. 이들의 결과도 표 4에 나타낸다. 박리 강도는, A6022 알루미늄 합금판끼리의 스폿 용접에 의한 조인트의 접합 강도(실적)＝1.0kN을 참고로 하여, 1.5kN 이상이면 ◎, 1.0kN 이상이면 ○, 0.7 내지 1.0kN인 것을 △, 0.7kN 미만이면 ×로 하였다.

표 4로부터 명백한 바와 같이, 발명예의 이재 접합 조인트는, 각각 적절한 조건으로, 전통전이나 본통전의 스폿 용접이 행해져 있다. 즉, 스폿 본용접과 전통전의 개별의 조건을 각각 만족시킬 뿐만 아니라, 이들 서로의 각 통전 조건이 상기 관계식을 더 만족시키고 있다. 이 결과, 발명예는 강판-전극간의 더스트 발생 혹은 전극의 소모 없이 용접되어 있어, 발명예의 이재 접합 조인트는, 우수한 접합 강도(박리 강도)를 갖는다.

한편, 표 4로부터 명백한 바와 같이 비교예의 이재 접합 조인트는, 본통전이나 전통전의 조건이 부적절하다. 이 결과, 전극간의 더스트 발생 혹은 전극의 소모가 발생하여 스폿 본용접 상태(용접 효율)가 저하되거나, 이재 접합 조인트의 접합 강도가 떨어지거나, 이 양쪽이 발생하고 있다.

비교예 1, 2는 전통전하고 있지 않고, 말하자면 종래의 스폿 용접이다. 이로 인해, 스폿 본용접 상태가 저하되고, 이재 접합 조인트의 접합 강도도 떨어진다.

비교예 3, 12는 본통전(스폿 본용접)의 전류가 지나치게 작다. 이로 인해, 스폿 본용접 상태는 좋지만, 이재 접합 조인트의 접합 강도가 떨어진다.

비교예 5, 11은 전통전의 통전 시간이 지나치게 길다. 이로 인해, 스폿 본용접 상태는 좋지만, 이재 접합 조인트의 접합 강도가 떨어진다.

비교예 15, 20은 본통전(스폿 본용접)의 전류가 지나치게 높다. 이로 인해, 스폿 본용접 상태가 저하되고, 이재 접합 조인트의 접합 강도도 이 전류의 크기에 따라 떨어진다.

비교예 7, 8, 10, 19, 22는, 스폿 본용접과 전통전의 각각의 개별의 조건을 만족시키고 있지만, 서로의 각 통전 조건이 상기 관계식을 만족시키지 않는다. 이로 인해, 스폿 본용접 상태는 좋지만, 이재 접합 조인트의 접합 강도가 떨어진다. 따라서, 상기 발명예의 경우와 함께 보면, 스폿 본용접과 전통전의 각각의 개별의 조건을 만족시켜도, 서로의 각 통전 조건이 상기 관계식을 더 만족시키도록 하지 않으면, 높은 접합 강도와 양호한 용접 상태를 양립할 수 없는 것이 뒷받침된다.

본 발명을 상세하게, 또한 특정 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은, 2010년 9월 13일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-204393호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

본 발명에 따르면, 스폿 용접의 측을 개선하여, 강판 표면으로부터의 더스트 발생을 억제하는 동시에, 용접 전류도 가능한 한 작게 할 수 있고, 높은 접합 강도를 갖는 이재 접합부가 얻어지는 스폿 용접 방법을 제공할 수 있다. 이러한 이재 접합 방법은, 자동차, 철도 차량 등의 수송 분야, 기계 부품, 건축 구조물 등에 있어서의 각종 구조 부재의 용접 방법으로서 유용하게 적용할 수 있다.

Claims (1)

1. 냉연 강판과 알루미늄 합금판을 스폿 용접에 의해 이재 접합하는 방법이며, 접합하는 냉연 강판의 판 두께 ts를 0.3 내지 3.0㎜, 접합하는 알루미늄 합금판의 판 두께 ta를 0.3 내지 4.0㎜로 한 후, 전극간 가압력:2.5 내지 4.5kN, 전극간 전류 Iw:14 내지 26kA, 통전 시간 Tw:강판 판 두께(ts) 1㎜당 200msec 이하의 각 조건에서, 스폿 용접을 행하여 너깃을 형성하기 전에, 서로의 판에 접촉시킨 전극에 대해, 전극간 가압력:2.5 내지 4.5kN, 전극간 전류 Ib:6 내지 12kA, 통전 시간 Tb:강판 판 두께(ts) 1㎜당 200msec 이하의, 강판과 전극 사이에서 더스트를 발생시키지 않고, 또한 알루미늄 합금판측을 용융시키지 않는 조건에서, 미리 전통전을 행하고, 그 후 1초 이내에 상기 스폿 용접을 행할 때에, 이들 스폿 용접과 전통전의 조건이, 상기 각 통전 조건과 상기 각 판 두께에 의해 정해지는 하기 관계식을 더 만족시키는 것을 특징으로 하는, 이재 접합 방법.
   관계식 : 20≤(Ib²×Tb＋Iw²×Tw)×ts/ta≤55(kA²ㆍsec)